WO2014148314A1

WO2014148314A1 - アンテナ装置及び電子機器

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Publication number: WO2014148314A1
Application number: PCT/JP2014/056316
Authority: WO
Inventors: 折原　勝久
Original assignee: デクセリアルズ株式会社
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-25
Also published as: KR20150119927A; JP2014183468A; TWI645613B; CN105103373B; TW201501408A; US9722313B2; US20160064822A1; CN105103373A; JP6122321B2

Abstract

リーダライタ（１２０）と誘導結合されるアンテナコイル（１２）が周回するアンテナ基板（１１）と、アンテナコイル（１２）の一部が重畳するようにアンテナ基板（１１）に設けられた金属箔（３）と、アンテナコイル（１２）に重畳するように配置され、アンテナコイル（１２）に磁界を引き込む磁性シート（２０）とを備える。そして、アンテナコイル（１２）の導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイル（１２）の一方側（１１ａ）では、アンテナコイル（１２）が磁性シート（２０）よりもリーダライタ（１２０）の側にあり、及び／又は、アンテナコイル（１２）の導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイル（１２）の他方側（１１ｂ）では、磁性シート（２０）がアンテナコイル（１２）よりもリーダライタ（１２０）の側にある。金属箔（３）は、アンテナコイル（１２）の他方側（１１ｂ）とのみ重畳する。

Description

アンテナ装置及び電子機器

　本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。本出願は、日本国において２０１３年３月１９日に出願された日本特許出願番号特願２０１３－０５６７７８を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。

　従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣなどの電子機器において、近距離非接触通信の機能を搭載するため、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールが用いられている。また、非接触充電機能を実現するためのアンテナモジュールも盛んに用いられるようになってきた。

　このようなアンテナモジュールは、リーダライタや非接触充電システムの送電装置（以下、単にリーダライタ等という。）の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナモジュールでは、リーダライタ等からの磁界をアンテナコイルによって受信して、受信した磁界のエネルギを電力に変換して通信処理部として機能するＩＣを駆動させ、非接触充電システムの受電装置のバッテリを充電することができる。

　アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタ等から一定レベル以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナモジュールでは、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタ等からの磁束を受けている。

　たとえば、特許文献１には、携帯端末装置に内蔵するループアンテナの特性を向上する方法として、内蔵バッテリの周囲に可撓性ケーブルやフラットケーブルを配置する方法が提案されている。

特開２００５－３０３５４１号公報

　上記特許文献１に記載の発明は、筐体内の隙間にアンテナを配置するため、その形状を一定にすることが困難となり、インダクタンスの変化量が大きくなるため、共振周波数の変動が大きいという問題があった。

　特に、可撓性ケーブルでアンテナを形成した場合は、上記特許文献１に記載の発明では、配線間の分布容量を調整することが困難なため、共振周波数の調整に多大な工数が必要となるという問題があった。

　さらに、コイルの開口部を通過するリーダライタ等からの磁束の変化によって、コイルに誘導電流を生ずるが、ループコイルでは、導線に流れる電流が一方向に周回するループコイルの一方側と、これに対向する側であって、コイルの導線に流れる電流が他方向に周回するループコイルの他方側とでは、流れる電流の方向が反対方向となり、互いに打ち消し合うため、効率よく結合させることができないという問題も生じる。

　本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電子機器に組み込んだ際に良好な通信特性を実現可能なアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置は、外部機器と電磁界信号を介して通信する。このアンテナ装置は、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、アンテナコイルの一部が重畳するようにアンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備える。そして、アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、アンテナコイルが磁性シートよりも外部機器の側にあり、及び／又は、アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、磁性シートがアンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にある。また、導電体は、アンテナコイルの他方側とのみ重畳する。

　本発明に係るアンテナ装置は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置である。このアンテナ装置は、電子機器の筐体を構成する一方の部材と、一方の部材の内面に設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、アンテナコイルの一部が重畳するようにアンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備える。そして、アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、アンテナコイルが磁性シートよりも外部機器の側にあり、及び／又は、アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、磁性シートがアンテナコイル及び導電体よりも外部機器の側にある。また、導電体は、アンテナコイルの他方側とのみ重畳する。

　電子機器の筐体を構成する一方の部材は、その一部を構成する金属部を含み、導電体は、金属部の一部に重畳するようにしてもよい。

　また、本発明に係る電子機器は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器である。アンテナ装置は、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、アンテナコイルの一部が重畳するようにアンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備える。そして、アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、アンテナコイルが磁性シートよりも外部機器の側にあり、及び／又は、アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、磁性シートがアンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にある。また、導電体は、アンテナコイルの他方側とのみ重畳する。

　本発明の他の実施の形態に係る電子機器は、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器である。アンテナ装置は、電子機器の筐体を構成する一方の部材と、一方の部材の内面に設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、アンテナコイルの一部が重畳するようにアンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備える。そして、アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、アンテナコイルが磁性シートよりも外部機器の側にあり、及び／又は、アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、磁性シートがアンテナコイル及び導電体よりも外部機器の側にあり、導電体は、他方側とのみ重畳する。

　本発明によれば、アンテナ装置及びこのアンテナ装置を備える電子機器は、導電体をアンテナコイルの一部と重畳させ、磁性シートをアンテナコイルと重畳させることによって、導電体端部に磁束を集めて、集めた磁束を磁性シートに導入することによって、アンテナコイルに効率よく電流を誘導し、通信特性を安定にすることができる。また、アンテナコイルに流れる電流は、一方側を他方側に比べてより強力に誘導されるので、通信特性が向上する。

図１は、本発明が適用されたアンテナ装置が組み込まれた非接触通信システムの概略構成を示す斜視図である。図２Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の構成例である。図２Ａは、斜視図であり、図２Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図２Ｃは、図２Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図３は、本発明に係るアンテナ装置の動作原理を説明するための断面図である。図４Ａ～図４Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の変形例の構成例である。図４Ａは、斜視図であり、図４Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図４Ｃは、図４Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図５Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の変形例の構成例である。図５Ａは、斜視図であり、図５Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図５Ｃは、図５Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図６Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の他の変形例の構成例である。図６Ａは、斜視図であり、図６Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図６Ｃは、図６Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図７Ａ～図７Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の他の変形例であり、金属箔に孔部を設けた場合の構成例である。図７Ａは、斜視図であり、図７Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図７Ｃは、図７Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図８Ａ～図８Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の他の変形例であり、金属箔に孔部を切欠状に形成した場合の構成例である。図８Ａは、斜視図であり、図８Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図８Ｃは、図８Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図９Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置のさらなる変形例である。図９Ａは、斜視図であり、図９Ｂは、ＡＡ’における断面図であり、図９Ｃは、図９Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図１０Ａは、磁性シートがアンテナコイルの他方側にのみ配置された場合に、金属箔をアンテナ基板のリーダライタ側に形成する変形例の断面図を示す。図１０Ｂは、磁性シートがアンテナコイルの一方側にのみ配置された場合に、金属箔をアンテナ基板のリーダライタ側に形成する変形例の断面図を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を電子機器（スマートフォン）に実装した状態を説明するための図である。図１１Ａは、斜視図であり、図１１Ｂは、ＢＢ’における断面図である。図１２Ａ及び１２Ｂは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を電子機器（スマートフォン）に実装した状態を説明するための図である。図１２Ａは、斜視図であり、図１２Ｂは、ＢＢ’における断面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を、メタルケースを有する電子機器（スマートフォン）に実装した状態を説明するための図である。図１３Ａは、斜視図であり、図１３Ｂは、ＢＢ’における断面図である。図１４Ａ～図１４Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を電子機器（タブレットパソコン）に実装した状態を説明するための図である。図１４Ａは、斜視図であり、図１４Ｂは、ＣＣ’における断面図であり、図１４Ｃは、図１４Ｂの破線円内を拡大した断面図である。図１５Ａ～図１５Ｃは、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を電子機器（タブレットパソコン）に実装した状態を説明するための図である。図１５Ａは、斜視図であり、図１５Ｂは、ＤＤ’における断面図であり、図１５Ｃは、ＣＣ”における断面図である。図１６Ａは、比較例に係るアンテナ装置を示す斜視図であり、図１６Ｂはアンテナ装置近傍の断面図である。図１７は、比較例に係る結合係数の変化を示すグラフである。図１８Ａは、実施例に係るアンテナ装置を示す斜視図であり、図１８Ｂはアンテナ装置近傍の断面図である。図１９は、実施例に係る結合係数の変化を示すグラフである。

　以下、本発明が適用されたアンテナ装置及び電子機器について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることはもちろんである。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

　［非接触通信システムの構成例］
　本発明が適用されたアンテナ装置１は、電子機器５０に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、たとえば図１に示すようなＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）用の非接触通信システム１００に組み込まれて使用される。ここで、電子機器５０は、たとえば携帯電話、スマートフォン、ノートブックパソコン、タブレットパソコン等の携帯端末機器を含む。

　非接触通信システム１００は、アンテナ装置１と、アンテナ装置１に対してアクセスを行うリーダライタ１２０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ１２０とは、三次元直交座標系ｘｙｚのｘｙ平面において互いに対向するように配置されているものとする。

　リーダライタ１２０は、ｘｙ平面において互いに対向するアンテナ装置１に対して、ｚ軸の正方向に磁界を発信する発信器として動作し、具体的には、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して誘導結合されたアンテナ装置１と通信を行う制御基板１２２とを備える。

　リーダライタ１２０では、アンテナ１２１と電気的に接続された制御基板１２２が配設されている。この制御基板１２２には、１つ以上の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。たとえば、制御回路は、アンテナ装置１に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ、非接触充電システムの場合には１００ｋＨｚ程度）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ１２１を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ１２１で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、たとえば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。

　なお、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるのはいうまでもない。

　［アンテナ装置の構成］
　アンテナ装置１は、通信時にリーダライタ１２０とｘｙ平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器の筐体の内部に組み込まれる。図１に示すように、アンテナ装置１は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行うアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１とを備える。アンテナ装置１には、アンテナコイル１２により生成される電力により駆動される通信処理部１３を備えるようにしてもよい。アンテナ基板１１のリーダライタ１２０と対向する面とは反対側の面に、金属箔３がアンテナコイル１２の一部に重畳するように配置される。ここで、携帯電話等の電子機器の筐体内部には、電子機器の動作制御のための制御回路が搭載された制御基板や、電子機器の駆動のためのバッテリ等が搭載されている。これらは、少なくとも一部が金属材料によって構成される電子機器の内部構造物であり、アンテナ装置１に近接し、あるいは重畳して、リーダライタ１２０に対向するように配置され、これを金属板４として表わすことができる。

　なお、以下の説明では、特に断らない限り、リーダライタ１２０から発信される磁界は、ｚ軸の正方向に発信されるものとし、アンテナ基板１１は、ｘ軸方向に沿ってアンテナ基板１１の長辺が配置され、ｙ軸方向に沿ってアンテナ基板１１の短辺が配置されるものとする。

　図２Ａ～図２Ｃに示すように、アンテナ装置１は、アンテナ基板１１と、アンテナ基板の一方の面に形成されたアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２の一部に重畳するように、アンテナコイル１２が形成されたアンテナ基板１１の面とは反対側の面に形成された金属箔３とを備える。

　アンテナ基板１１は、たとえば可撓性のあるフレキシブル基板によって構成され、フレキシブル基板の一方の面に可撓性のある導線をパターニング処理することによってアンテナコイル１２が形成される。アンテナ基板１１上のアンテナコイル１２は、中心部１２ａを中心にして、導線を巻回するように引き回して形成される。電子機器の筐体内部の限られた狭いスペースに実装するため、アンテナ基板１１及びアンテナコイル１２は、ｘ軸に沿った方向に長く、ｙ軸に沿った方向に短い長方形状であることが好ましく、アンテナコイル１２は、この長方形状に沿って巻回される。

　アンテナ基板１１は、アンテナコイル１２の形成される面が、通信時にリーダライタ１２０とｘｙ平面において対向するように配置される。また、アンテナ基板１１は、アンテナコイル１２の中心部１２ａを境に、アンテナコイル１２の導線を、長手方向（ｘ軸方向）に沿う電流の向きが同一方向に流れる方向を周回の方向とする一方側１１ａと、アンテナコイル１２の導線を長手方向に沿う電流の向きが、一方側１１ａに流れる方向とは逆方向となる向きを周回の方向とする他方側１１ｂとを有する。そして、アンテナ基板１１の、リーダライタ１２０に対向する面とは反対側の面に金属箔３が形成される。金属箔３は、アンテナコイル１２を構成する導線を形成する場合と同様に、アンテナ基板１１のアンテナコイル１２が形成される面とは反対側の面にパターニング処理によって形成するようにしてもよい。あるいは、アンテナ基板１１のアンテナコイル１２が形成される面とは反対側の面に、他方側１１ｂの面積にほぼ等しいＡｌやＣｕ等の金属の箔を接着剤や両面テープによって貼付するようにしてもよい。

　アンテナ装置１は、さらに、アンテナコイル１２に重畳するように、長方形状の磁性シート２０を備える。磁性シート２０は、アンテナコイルの一方側１１ａでは、リーダライタ１２０に対向するアンテナ基板１１の面とは反対側の面に配置され、他方側１１ｂでは、リーダライタ１２０に対向するアンテナ基板１１の面に配置される。たとえば、フレキシブル基板によって構成されたアンテナ基板１１の中心部１２ａにｘ軸方向に沿ってスリットを設け、スリットに磁性シートを挿入するようにして、アンテナ装置１が形成される。

　［動作原理］
　アンテナ装置１は、リーダライタ１２０に対向する面（ｘｙ平面）を通過する磁束の変化にしたがって、誘導電流を発生する。通過する磁束本数が多く、磁界の強度が強ければ、誘導される誘導電流も大きく、通信特性が安定する。磁束は、金属に対しては、渦電流を生じさせるので、金属内部に入り込むことができないため、金属に沿って流れることになる。

　携帯電話等の電子機器においては、筐体内部には、Ｃｕ配線等の金属を含む制御基板、液晶パネルの金属シャーシ、さらには電子機器の駆動のためのバッテリをケーシングした金属製のバッテリ缶等が内部構造物として搭載されており、リーダライタ１２０からの磁束は、これら金属部分に沿って流れるようになる。一般的には、これらの内部構造物は、電子機器の筐体内部の中央部に存在するため、リーダライタ１２０から発信された磁束は、筐体の周辺部に集まることが多い。

　そこで、アンテナ装置１は、これらの内部構造物を避けて配置されるが、筐体内部の周縁部に配置するようにすれば、内部構造物の金属部分によってシールドされた磁束が集まっており、通信特性が向上する。

　さらに、図３に示すように、リーダライタ１２０からの磁束は、金属を避けるように、筐体内部の中央部から周辺部に沿って流れる方向となり、特に内部構造物を含めた金属部分の端部や縁辺部に磁束が集まり、磁界の強度が強くなる。アンテナ装置１では、磁束が集まる金属部分の縁辺部に磁性シート２０を配して、磁束をアンテナコイル１２に導くような経路を形成することによって、より安定した通信特性を得ることができる。すなわち、図３に示すように、アンテナ装置１のアンテナコイル１２の他方側１１ｂに配された金属箔３の端部３ａが、磁束が集まっているアンテナコイル１２の中心部１２ａの近傍（図中破線円内Ｄ部）に配置されているので、集められた磁束Ｆは、中心部１２ａを通過して、一方側１１ａの磁性シート２０に流れ込む。これによって、アンテナ装置１の一方側１１ａのアンテナコイル１２に誘導電流が流れて、安定した通信特性が実現される。

　また、アンテナコイル１２に流れる電流は、一方側１１ａと他方側１１ｂとで逆方向になるので、これらが近接して配置される小型のアンテナコイルにおいては、それぞれの発生する磁界によって、誘導電流をキャンセルするように作用する。このため、アンテナコイルに生成される電力が低下する。上述した本発明が適用されたアンテナ装置では、他方側１１ｂに比べて、一方側１１ａに向かう磁束が増加し、一方側１１ａに誘導する電流は、他方側１１ｂに誘導される電流よりも大きくなるので、誘導電流のキャンセルが生じにくくなり、アンテナコイル１２の発電効率が向上する。

　上述したように、リーダライタ１２０から発信される磁界（磁束）は、電子機器の筐体内部の周辺に集まる傾向があるため、アンテナコイル１２の一方側１１ａを筐体の周辺側に、他方側１１ｂを筐体の中央側になるようにアンテナ装置１を配置するのが好ましい。

　［変形例１］
　アンテナ装置１を構成する磁性シート２０は、アンテナコイル１２の全面すべてを覆うようにする必要は必ずしもなく、アンテナコイル１２の一部に重畳させるようにして、金属箔３の端部３ａに集められた磁束を導入して、アンテナコイルに電流を誘導することができればよい。磁性シート２０を削減することによって、軽量化、薄型化を向上させることが可能になる。

　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、アンテナ装置１は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行うアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１と、アンテナコイル１２により生成される電力により駆動される通信処理部１３とを備える。アンテナ基板１１のリーダライタ１２０と対向する面とは反対側の面に、金属箔３がアンテナコイル１２の一部に重畳するように配置される。アンテナ基板１１の材質、アンテナコイルの形成方法、金属箔３の材質や形成方法については、上述した図２の場合と同様である。

　アンテナ装置１は、アンテナコイル１２に重畳するように、長方形状の磁性シート２０をさらに備えるが、この磁性シート２０は、アンテナコイルの他方側１１ｂにのみ配置される。この場合においては、磁性シート２０は、アンテナ装置１がリーダライタ１２０に対向する面側に配置される。図４Ｃに示すように、金属箔３の端部３ａに集められた磁束は、磁性シート２０の端部２０ａから導入され、アンテナ装置１の他方側１１ｂの側のアンテナコイルに電流を誘導する。

　図５Ａ及び図５Ｂに示すように、アンテナ装置１は、電子機器の筐体の内部に組み込まれ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行うアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１と、アンテナコイル１２により生成される電力により駆動される通信処理部１３とを備える。アンテナ基板１１のリーダライタ１２０と対向する面とは反対側の面に、金属箔３がアンテナコイル１２の一部に重畳するように配置される。アンテナ基板１１の材質、アンテナコイルの形成方法、金属箔の材質や形成方法については、上述した図２の場合と同様である。

　アンテナ装置１は、さらに、アンテナコイル１２に重畳するように、長方形状の磁性シート２０を備えるが、この磁性シート２０は、アンテナコイルの一方側１１ａにのみ配置される。この場合においては、磁性シート２０は、アンテナ装置１がリーダライタ１２０に対向する面とは反対側の面に配置される。図５Ｃに示すように、金属箔３の端部３ａに集められた磁束は、磁性シート２０の端部２０ａから導入され、アンテナ装置１の一方側１１ａの側のアンテナコイルに電流を誘導する。

　［変形例２］
　アンテナ装置１では、金属箔３が、アンテナ基板１１の他方側１１ｂのアンテナコイル１２のみを覆うように形成されている。一般的に、電子機器５０の筐体内部には、磁束をシールドする金属製の内部構造物が多数存在するので、これらと金属箔３とを近接させ、あるいは重畳させることによって磁束のシールド経路として利用して、金属箔３の端部３ａに集められた磁束を磁性シート２０に導入することができればよい。このことは、あくまでも磁束を導くための経路として筐体内部の金属製の内部構造物を利用することに過ぎず、より効率よく経路が構成できるように内部構造物が配置されているとは限らない。そこで、アンテナ装置１を構成する金属箔３を積極的に磁束のシールド経路を形成するように、より広い面積をもたせるようにする。

　図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アンテナ装置１ａは、金属箔３がアンテナ基板１１の他方側１１ｂのアンテナコイル１２に重畳するように配置される。金属箔３の面積は、アンテナ基板１１の他方側１１ｂのアンテナコイル１２に重畳する面積よりも広くとられている。アンテナ基板１１として、金属箔３に相当するだけの面積を設定し、たとえばその一面全面にＣｕ箔でパターンを形成するようにしてもよく、アンテナ基板１１の他方側１１ｂのアンテナコイル１２に重畳させるように、ＡｌやＣｕ等から構成される金属製の箔を接着剤等により貼付してもよい。金属箔３の面積及び形状は、筐体内部の構造にしたがって自由に設定することができるのはいうまでもない。図６Ｃに示すように、金属箔３の端部３ａが上述した場合と同様に、アンテナコイル１２の中心部１２ａ付近となるように配置する。

　金属箔３の面積を拡大する場合には、他の内部構造物の妨げとならないようにする必要がある。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、たとえば、金蔵箔３が配置される箇所の一部にカメラモジュールが配置され、カメラモジュールの鏡筒を筐体外に露出させるような場合には、金属箔３の該当する部分に孔部３ｃを形成する必要がある。このような場合であっても、図７Ｃに示すように、金属箔３の端部３ａをアンテナコイル１２の中心部１２ａの近傍に配置することができるので、端部３ａにリーダライタ１２０が発信する磁束を集めて、磁性シート２０に導入することができる。

　さらに、たとえばカメラモジュールをｘ軸方向にスライドさせて取り外しを可能とするような場合には、図８Ａ～図８Ｃに示すように、孔部３ｃをスライドする側の縁まで延長して、切欠状の孔部３ｄを形成してもよい。

　なお、上述の変形例において、磁性シート２０は、図４Ａ～図４Ｃや図５Ａ～図５Ｃの場合のように、他方側１１ｂのみ、又は一方側１１ａのみに配置するようにしてもよいのはいうまでもない。

　［変形例３］
　金属箔３は、アンテナコイル１２の他方側１１ｂに重畳していれば、アンテナ基板１１のいずれの面に形成されてもよい。

　図９Ａ及び図９Ｂに示すように、アンテナ装置１ｂは、アンテナ基板１１と、アンテナ基板の一方の面に形成されたアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２の一部に重畳するように形成された金属箔３とを備える。

　アンテナ装置１ｂは、さらに、アンテナコイル１２に重畳するように、長方形状の磁性シート２０を備えており、この磁性シート２０は、アンテナコイルの一方側１１ａでは、リーダライタ１２０に対向する面とは反対側の面に配置され、他方側１１ｂでは、リーダライタ１２０に対向する面の側に配置される。そして、金属箔３は、アンテナコイル１２の他方側では、磁性シート２０とアンテナ基板１１の間に形成される。このような場合であっても、図９Ｃに示すように、上述いずれの場合と同様に、金属箔３の端部３ａの付近に磁束が集まり、集まった磁束を磁性シート２０に導入することができる。

　また、図１０Ａに示すように、磁性シート２０がアンテナコイル１２他方側１１ｂにのみ配置される場合であっても、金属箔３を磁性シート２０とアンテナ基板１１の間、すなわちアンテナ基板１２のリーダライタ１２０に対向する面の側に形成するようにしてもよい。さらに、図１０Ｂに示すように、磁性シート２０がアンテナコイル１２の一方側１１ａにのみ配置される場合であっても、アンテナ基板１２のリーダライタ１２０に対向する面の側に配置するようにしてもよい。金属箔３のアンテナ基板１２の位置は、図６Ａ～図６Ｃ乃至図８～図８Ｃのような形状であっても、他の任意の形状であっても、上述と同様にリーダライタ１２０側に配置してもよく、リーダライタ１２０とは反対側に配置してもよいのはもちろんである。なお、図６Ａ～図６Ｃ乃至図８～図８Ｃの場合のように、金属箔の大きさや形状について任意に設定できるのは言うまでもない。

　［具体例１］
　本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置１では、携帯電話やスマートフォン等の電子機器の筐体内に存在する金属を含む内部構造物と協働して、リーダライタ等が発信する磁束（磁界）をアンテナ装置１を構成する金属箔３の端部３ａに誘導し、集め、強化された磁界をアンテナ装置１の磁性シート２０に導入する。これによって、より強い磁界がアンテナ装置１に導入され、安定した通信特性を実現する。

　図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、アンテナ装置１は、スマートフォン１３０に用いることができる。スマートフォン１３０の筐体１３１は、内面１３０ａにアンテナ基板１１が搭載される一方の筐体部材１３１ａと、液晶パネルやＣＰＵ等を含む本体の制御回路、バッテリ等が搭載される他方の筐体部材１３１ｂとからなる。筐体１３１は、一方の筐体部材１３１ａに蓋をするようにして、本体制御回路等が含まれる筐体部材１３１ｂに結合させることによって構成される。筐体部材１３１ａ，１３１ｂは、互いにネジ止めや係合爪と係合孔と組合せ等周知の方法によって、取り外し可能に結合されてもよく、接着剤等で固定してもよい。筐体部材１３１ａには、アンテナ基板１１のほかに、カメラモジュール等他の機能モジュールがあらかじめ単一で、あるいは複合して搭載されていてもよい。アンテナ基板１１等の機能モジュールが搭載された筐体部材１３１ａが取り外し可能な場合には、スマートフォン１３０のユーザによって、筐体部材１３１ｂから取り外されて、他の機能モジュールを搭載する筐体部材が取り付けられるようにしてもよい。

　蓋状に用いられる筐体部材１３１ａには、アンテナ基板１１があらかじめ搭載されており、アンテナ基板１１は、アンテナコイル１２を含む平面が、筐体部材１３１ａを介してリーダライタ１２０に対向するように配置される。好ましくは、アンテナ基板１１は、筐体部材１３１ａの外周壁付近に配置され、アンテナ基板１１の一方側１１ａが筐体部材１３１ａの外周側に、他方側が中央側に向くように配置されるのが好ましい。もう一方の筐体部材１３１ｂには、スマートフォンを制御する制御基板４０や、制御基板４０上に配置されたバッテリ４０や、基地局等と無線通信を行うＲＦ通信モジュール４０ｃと通信モジュール４０ｃが配置されたＲＦ用の基板４０ｂ等が搭載されている。これらの基板等は、筐体１３１内部の内部構造物であり、金属を含んでいるので、磁束のシールド効果があるが、さらにシールド効果を向上させて、アンテナ装置１の金属箔３の端部３ａに磁束を導いて集めるために、アンテナ装置の金属箔３の少なくとも一部に重畳するように、さらなる金属箔４０ｄを配置してもよい。

　［具体例２］
　上述の具体例１の追加的な金属箔４０ｄを用いるのに代えて、本発明の一実施の形態の変形例に係るアンテナ装置１ａを用いてもよい。

　図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、スマートフォン１３０の一方の筐体部材１３１ａの内面にアンテナ装置１ａを配置することができる。アンテナ装置１ａは、アンテナコイル１２の他方側１１ｂに重畳する金属箔３の面積が、重畳された他方側１１ｂの面積よりも広く、筐体部材１３１ａの内面のほとんどを覆うように設定することもできる。

　［具体例３］
　スマートフォン１３０の筐体部材１３１ａは、電子機器自体で美観を呈するようなデザイン上の目的や筐体の薄型化による強度不足を補うために、マグネシウム合金等の金属材料と樹脂材料とを複合的に組み合わせた複合材料によって形成される場合が増えている。すなわち、筐体部材１３１ａは、金属材料からなるメタルカバー１３２ａ、樹脂材料からなる樹脂部分１３２ｂとを含んでいる。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、アンテナ装置１は、筐体部材１３１ａの樹脂部分１３２ｂに配置される。アンテナ装置１の金属箔３は、基板４０ｂ、ＲＦモジュール４０ｃ、基板４０ａ及びメタルカバー１３２ａによって金属製の磁束のシールドを形成する。リーダライタ１２０から発信された磁束は、これらの金属を避けるようにして流れるので、アンテナ装置１の金属箔３の端部３ａの付近には磁束が集まり磁界が強まる。さらに、磁束のシールド効果を有効なものとするために、さらなる金属箔４０ｄを追加してもよい。追加的な金属箔４０ｄに代えて、上述変形例２のアンテナ装置１ａを用いるようにしてもよい。

　［具体例４］
　電子機器としてのタブレットパソコン１３５では、筐体１３６の前面に液晶パネル１３８が搭載される。そして、アンテナ装置１ａ（変形例２）は、液晶パネル１３８の周縁部に配置される。リーダライタ１２０は、液晶パネル１３８に対向する面から磁界を発信する。

　図１４Ａ～図１４Ｃに示すように、タブレットパソコン１３５に搭載される液晶パネル１３８は、筐体１３６の内部側に金属製のシャーシ１３７が配置されているので、アンテナ装置１ａの金属箔３に、このシャーシ１３７を重畳させることによって、磁束のシールドを行い、金属箔３の端部３ａに磁束を集めることができる。タブレットパソコン１３５等の液晶応用機器では、液晶表示部の周辺部がパネルの額縁部になっており、より磁界が集まりやすいとの利点もある。金属箔３をシャーシ１３７に重畳させるに際しては、接着剤等で簡便に取り付けることができ、設置がきわめて容易である。

　［具体例５］
　タブレットパソコン１３５の筐体１３６にも、金属材料からなるメタルカバー１３６ａと樹脂材料からなる樹脂部分１３２ｂとから構成される場合がある。このような場合には、メタルカバー１３６ａも磁束のシールド経路に用いることができ、アンテナ装置１ａの金属箔３をメタルカバー１３６ａの内面に重畳させるように配置する。

　図１５Ａ～図１５Ｃに示すように、筐体１３６の曲面に合わせてメタルカバー１３６ａから角度をもたせて配置し、磁界が進行する方向に向けるようにしてもよい。

　これらの具体例は、実施の形態の例示に過ぎず、上述した変形例をそれぞれ用いることができるのはいうまでもない。

　次に、金属箔３の磁束のシールドの効果を、本発明に係るアンテナ装置１と従来の金属箔３を用いないアンテナ装置と比較した実施例について説明する。

　＜比較例＞
　比較例に係るアンテナ装置では、図１６に示すように、金属板４とリーダライタ１２０とを対向させて、金属板４とアンテナ基板１１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

　具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ１２０のアンテナ１２１は、ｘｙ軸方向で規定される外形が６６ｍｍ×１００ｍｍの２巻コイルとした。また、金属板４はｘｙｚ軸方向で規定される寸法が１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍのステンレスとした。アンテナ基板１１のアンテナコイル１２は、ｘｙ軸方向で規定される外形が４０ｍｍ×１０ｍｍとした構造で、４巻のコイルである。さらに、ｚ軸方向で規定される、金属板４の表面からアンテナコイル１２の表面までの距離は１ｍｍとした。

　ここで、金属板４とアンテナ基板１１との相対的な位置関係を示す値として、次のａを用いた。すなわち、ａは、金属板４の中心４ｂから、アンテナ基板１１の他方側１１ｂの端部１１ｃまでのｙ軸方向で規定される距離である。

　以上のような条件の下、ａの値を１５ｍｍから４０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル１２の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図１７に示す。

　ここで、金属板４の幅が５０ｍｍであるので、ａの値が２５ｍｍのとき、金属板４の端部４ａと、アンテナ基板１１の他方側１１ｂの端部１１ｃが一致する。また、アンテナ基板１１の幅が１０ｍｍであるので、ａの値が３５ｍｍのとき、アンテナ基板１１の一方側１１ａの端部１１ｄが、金属板４の端部４ａと一致する。

　図１７に示すように、ａの値が３０ｍｍの場合、すなわちアンテナ基板１１の短手方向の中心と、金属板４の端部４ａとが略一致する場合に、結合係数が最も高く、ａの値が３０ｍｍから離れるのに伴って減少する。また、ａの値が２５ｍｍ、３５ｍｍの場合には、結合係数がほぼ同一の特性を示す。このようにアンテナコイル１２を金属板４の端部４ａの近傍に配置すると結合係数が高いのは、金属板４の端部４ａ周辺で磁束密度が高いからである。また、金属板４は、リーダライタ１２０から発信される磁界を受けて渦電流が発生するが、中心４ｂに比べて端部４ａの方が磁界の強さが大きく、リーダライタ１２０から受けた磁気的なエネルギを効率よくアンテナコイル１２側に伝えることができるからである。

　なお、ａの値が、２５ｍｍより小さくなるように変化させた場合と３５ｍｍより大きくなるように変化させた場合とを比較すると、両方とも結合係数が減少するが、３５ｍｍ以上の場合の方がａの値の変化に対して、結合係数の減少幅が小さい。たとえば、ａの値が２２ｍｍ、３８ｍｍの場合を比較すると、ａの値が３８ｍｍの方が２０％程度結合係数が高い。また、ａの値が２０ｍｍ、４０ｍｍの場合を比較すると、ａの値が４０ｍｍの方が４０％程度結合係数が高い。

　＜実施例＞
　本実施例では、図１８に示すように、金属板４とリーダライタ１２０とを対向させて、金属板４とアンテナ基板１１のリーダライタ１２０と反対側において、金属箔３を金属板４とアンテナ基板１１に重畳させた。アンテナ基板１１は、金属板４の端部４ａに隣接させた。この状態で、金属箔３とアンテナ基板１１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

　具体的な評価条件としては、リーダライタ１２０、アンテナ１２１、金属板４、アンテナ基板１１及びアンテナコイル１２の各外形寸法、構造及び配置は、比較例と同一である。金属箔３は、外形が５０ｍｍ×１０ｍｍの銅箔を用い、アンテナ基板１１の長手方向の全幅を覆うように重畳させた。

　ここで、アンテナ基板１１と、アンテナ基板１１と重畳する金属箔３との相対的な位置関係を示す値として、次のｂを用いた。すなわち、ｂは、アンテナ基板１１の一方側１１ａの端部１１ｄから、金属箔３のアンテナ基板１１側の端部３ａまでのｙ軸方向で規定される重畳距離である。

　以上のような条件の下、ｂの値を０ｍｍから１０ｍｍまで変化させたときの、アンテナコイル１２の結合係数をシミュレーションで求めた。結合係数の変化を図１９に示す。

　アンテナ基板１１の幅が１０ｍｍであるので、ｂの値が５ｍｍのとき、金属箔３はアンテナコイル１２の中心部１２ａを介した一方側１１ａ全体に亘って重畳されている。また、ｂの値が０ｍｍのとき、金属箔３は、アンテナ基板１１に全く重畳されず、ｂの値が１０ｍｍのとき、金属箔３は、アンテナ基板１１全体に重畳されている。

　図１９に示すように、ｂの値が５ｍｍのとき、すなわち金属箔３がアンテナ基板１１のアンテナコイル１２の中心部１２ａを介した一方側１１ａ全体に亘って重畳されているときに、結合係数が最も高く、このときの値は、比較例に係るアンテナ装置における結合係数と同等であった（結合係数：０．００５３）。

　すなわち、アンテナ装置１によれば、金属箔３を金属板４とアンテナ基板１１とに亘って重畳させることにより、重畳領域における磁界を跳ね返して誘導結合を抑制し、重畳していない領域において発生した電流を効率よく送電することができ、また、金属板４からの磁束を漏らさずに、金属箔３が重畳していないアンテナ基板１１の領域へ誘導することができ、効率のよい誘導結合を行うことができる。この結果、比較例に係るアンテナ装置における結合係数と同等の結合係数を実現しつつ、金属板４に対するアンテナ基板１１の配置の自由度を向上させることができる。

１　アンテナ装置、３　金属箔、３ａ　端部、４　金属板、４ａ　端部、４ｂ　中心、１１　アンテナ基板、１１ａ　一方側、１１ｂ　他方側、１２　アンテナコイル、１２ａ　中心部、１３　通信処理部、１４　端子部、２０　磁性シート、４０　バッテリ、４０ａ，４０ｂ　基板、４０ｃ　ＲＦモジュール、４０ｄ　金属箔、５０　電子機器、１２０　リーダライタ、１２１　アンテナ、１３０　スマートフォン、１３１　筐体、１３１ａ，１３１ｂ　筐体部材、１３２ａ　メタルカバー、１３２ｂ　樹脂部分、１３５　タブレットパソコン、１３６　筐体、１３７　液晶パネルシャーシ、１３８　液晶パネル本体

Claims

　外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
　上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
　上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
　上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあり、及び／又は、　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあり、
　上記導電体は、上記他方側とのみ重畳することを特徴とするアンテナ装置。
　上記導電体は、上記アンテナコイルの上記一方側の全幅よりも広く、該導電体の面積は、該アンテナコイルに重畳する面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
　上記導電体の上記アンテナ基板と重畳しない部分の少なくとも１箇所に孔部が形成されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
　上記孔部は、切欠状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
　上記アンテナコイルの他方側は、上記導電体よりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項１～４いずれか１項記載のアンテナ装置。
　上記導電体は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項１～４いずれか１項記載のアンテナ装置。
　上記アンテナコイル及び上記導電体は、上記アンテナ基板上に形成された導電層であることを特徴とする請求項１～４いずれか１項記載のアンテナ装置。
　外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置において、
　上記電子機器の筐体を構成する一方の部材と、
　上記一方の部材の内面に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
　上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
　上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあり、及び／又は、　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあり、
　上記導電体は、上記他方側とのみ重畳することを特徴とするアンテナ装置。
　上記導電体は、上記アンテナコイルの上記一方側の全幅よりも広く、該導電体の面積は、該アンテナコイルに重畳する面積よりも大きいことを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。
　上記導電体の上記アンテナ基板と重畳しない部分の少なくとも１箇所に孔部が形成されていることを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
　上記孔部は、切欠状に形成されていることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。
　上記アンテナコイルの他方側は、上記導電体よりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項８～１１いずれか１項記載のアンテナ装置。
　上記導電体は、上記アンテナコイルよりも上記外部機器の側にあることを特徴とする請求項８～１１いずれか１項記載のアンテナ装置。
　上記アンテナコイル及び上記導電体は、上記アンテナ基板上に形成された導電層であることを特徴とする請求項８～１１記載のアンテナ装置。
　上記一方の部材は、その一部を構成する金属部を含み、
　上記導電体は、上記金属部の一部に重畳していることを特徴とする請求項８～１１いずれか１項記載のアンテナ装置。
　外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器において、
　上記アンテナ装置は、
　上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
　上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
　上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに上記外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあり、及び／又は、　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあり、
　上記導電体は、上記他方側とのみ重畳することを特徴とする電子機器。
　外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置が組み込まれた電子機器において、
　上記アンテナ装置は、
　上記電子機器の筐体を構成する一方の部材と、
　上記一方の部材の内面に設けられ、上記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するアンテナ基板と、
　上記アンテナコイルの一部が重畳するように上記アンテナ基板に設けられたシート状の導電体と、
　上記アンテナコイルの少なくとも一部に重畳するように配置され、上記アンテナコイルに外部機器から発信される磁界を引き込む磁性シートとを備え、
　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が一方向に周回するアンテナコイルの一方側では、上記アンテナコイルが上記磁性シートよりも上記外部機器の側にあり、及び／又は、　上記アンテナコイルの導線に流れる電流が逆方向に周回するアンテナコイルの他方側では、上記磁性シートが上記アンテナコイル及び導電体よりも上記外部機器の側にあり、
　上記導電体は、上記他方側とのみ重畳することを特徴とする電子機器。
　上記一方の部材は、その一部を構成する金属部を含み、
　上記導電体は、上記金属部の一部に重畳していることを特徴とする請求項１７記載の電子機器。